KR20090060902A - 돔 온도 제어 장치 및 이를 이용한 플라즈마 식각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에어를 분사하여 돔에 가해지는 진동을 최소로 하여 웨이퍼 위에 떨어지는 파티클을 억제함으로써 웨이퍼의 수율 저하를 방지하도록 한 돔 온도 제어 장치 및 이를 이용한 플라즈마 식각장치에 관한 것으로서, 웨이퍼가 삽입되어 공정이 진행되는 돔과, 및 상기 돔의 상부에 구성되고 에어를 분사하여 돔의 온도를 제어하는 에어 공급수단을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

에어, 온도, 노즐, 파이프

Description

돔 온도 제어 장치 및 이를 이용한 플라즈마 식각장치{Dome temperature control system and plasma etching system thereof}

본 발명은 반도체 제조 장치에 관한 것으로, 특히 파티클을 억제하여 웨이퍼의 수율 저하를 방지하도록 한 돔 온도 제어 장치 및 이를 이용한 플라즈마 식각장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 제조설비 중 에칭(etching) 프로세스를 진행하는 식각 설비 같은 경우에는 메인(main) 프로세스가 진행되는 프로세스 챔버 상면에 프로세스 챔버의 온도를 약 80℃의 적정온도로 유지시켜주는 보조챔버로 DTCU(Dome Temp Control Unit) 챔버가 장착되도록 하고 있다.

현재 사용하고 있는 DPS(Decoupled Plasma System) 장치의 돔 온도 제어 장치(Dome Temperature Control System : DTCS)는 DTCU의 상부에 설치된 8개의 램프를 이용하여 돔의 온도를 80°로 유지할 수 있게 되어 있다.

도 1은 일반적인 돔 DPS 장치를 나타내는 개략적인 구성도이다.

도 1에서와 같이, 일반적인 장치는 상부가 돔 형상을 가지고, 사이드 플로우(side flow) 방식의 인젝터(injector)를 채용한 챔버(chamber)(10)를 포함한다. 그 내부에 안착된 웨이퍼(11)의 상면에 박막을 증착하거나 이를 패터닝하는 등의 직접적 처리공정이 진행되는 밀폐된 반응용기인 챔버(10)와 상기 챔버(10) 내에서 목적하는 공정의 진행을 위한 소스 및 반응물질 등의 필요물질을 저장하고, 이를 챔버 내로 공급하는 소스 및 반응물질 공급부(20)를 포함하고 있다.

이때 그 내부에 처리 대상물인 웨이퍼(11)가 안착되어 이를 직접 가공 처리하는 챔버(10)는 일정정도의 내용적율을 가지는 금속재질의 하부챔버와 쿼츠 등의 재질로 이루어지는 돔 형상의 상부챔버의 결합으로 그 내부에 밀폐된 공간을 정의하며, 이러한 챔버(10)의 내부 영역에는 그 상면에 안착되는 웨이퍼를 지지하고 온도를 제어하는 척(12)이 설치되어 있다.

또한, 상기 챔버(10)는 소스 및 반응물질 공급부(30)로부터 필요물질이 공급될 수 있도록 연결된 공급관(31)과 그 내부의 기체를 배출함으로써 압력을 제어할 수 있도록 하는 배출관(31) 및 그 말단에 부설된 펌프(50)를 포함하여 척(12)의 상면에 웨이퍼(11)가 안착되어 챔버(10)가 밀폐되면, 상기 배출관의 말단에 부설된 펌프(50) 등을 통해 챔버(10)의 내부 환경을 조절한 후, 소스 및 반응물질 공급부(30)에 일단이 연결된 공급관(31)을 통해 챔버(10) 내로 유입된 소스 및 반응물질의 화학반응으로 웨이퍼(11)를 가공 및 처리하는 것이다.

이때 전술한 소스 및 반응물질 공급부(30)를 통해 공급관(31)을 경유하여 챔버(10)의 내부로 인입되는 소스 및 반응물질을 챔버(10)의 내부 전 면적으로 고르게 확산시키기 위해서, 통상 공급관의 타단에는 여러 가지 형태의 인젝터(60)가 설치되는데, 이중에서 일반적으로 가스 링이라 불리는 사이드 플로우 방식의 인젝 터(60)는 하부 챔버와 상부 챔버의 사이에 개재되어 측벽의 일부를 이루는 링 형상을 가지고, 그 내면에 다수의 홀을 가지고 있어, 상기 다수의 홀을 통해 웨이퍼(11)의 상방 측면에서 웨이퍼(11)를 향해 소스 및 반응물질을 분사하게 된다.

한편, 상기 챔버(10)의 내부에는 소스 및 반응물질의 용이한 화학반응을 유도하기 위하여 다수의 히팅장치가 내장되는데, 상기 히팅장치는 하부챔버의 측벽 및 저면과 사이드 플로우 방식의 인젝터(60) 내부에 설치되는 것이 일반적이다.

이에 전술한 웨이퍼의 처리 가공공정 중이나 또는 완료된 후 가열된 챔버(10)를 냉각하기 위한 냉각장치가 부설하여 상기 냉각장치는 통상 냉각용매를 순환시켜 목적을 달성하는 순환식 냉각장치가 사용된다.

즉, 일반적인 반도체 제조용 챔버에 부설되는 냉각장치는 냉각용매를 저장하는 냉각용매 저장부와 상기 냉각용매 저장부에 일단과 타단이 각각 연결된 상태에서 챔버의 측벽 및 사이드 플로우 방식의 인젝터 내부에 매설되어 그 내부로 냉각용매가 순환하는 냉각용매 순환관과 이러한 냉각용매의 순환을 제어하는 제어부를 포함하고 있는데, 상기 제어부(40)는 냉각용매 순환관의 일단에 장착되어 상기 냉각용매 저장부에서 냉각용매 순환관으로 유입되는 냉각용매를 단속하는 제 1 밸브(41)와 냉각용매 순환관의 타단에 장착되어 이를 통해 냉각용매 저장부로 유출되는 냉각용매를 단속하는 제 2 밸브(42)를 포함하고 있다.

도 2a는 종래 기술에 의한 DPS의 돔 온도 제어 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이며, 도 2b는 종래 기술의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 돔 온도 제어 장치(70)는 돔(71)의 온도를 유지 하기 위해 팬 쿨링(fan cooling)(72)을 이용하여 냉각을 시켜주고 있다.

도 2b에 도시된 바와 같이, 종래에는 팬 구동 방식이다 보니 팬 회전시 진동이 발생되어 돔에 증착되어 있는 폴리머(polymer)(73)가 진동에 의해 아래로 떨어져 아래에 위치한 웨이퍼(wafer)에 떨어져 파티클(particle)로 작용 웨이퍼의 수율을 저하시키는 결과를 가져온다.

또한, 기계적인 회전부가 장착되어 있기 때문에 주기적으로 구동부를 점검하거나 혹은 구동시의 문제등으로 인해 장비다운(down)이 발생될 가능성이 높다.

또한, 돔(71)의 내벽에 특정 부분에만 폴리머(71)가 증착(Deposition)됨을 알 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로 공기를 분사하여 돔에 가해지는 진동을 최소로 하여 웨이퍼 위에 떨어지는 파티클을 억제함으로써 웨이퍼의 수율 저하를 방지하도록 한 돔 온도 제어 장치 및 이를 이용한 플라즈마 식각장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 돔 온도 제어 장치는 웨이퍼가 삽입되어 공정이 진행되는 돔과, 및 상기 돔의 상부에 구성되고 에어를 분사하여 돔의 온도를 제어하는 에어 공급수단을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 플라즈마 식각장치는 돔의 상측에 설치되는 하우징과, 상기 하우징의 내부에 설치되어 공정 가스를 플라즈마화 하는 알에프 파워 코일과, 상기 알에프 파워 코일의 상측으로 상기 하우징 내부에 설치되는 복수의 램프와, 및 상기 램프의 상측에 설치되고 돔 상부에 에어를 분사하여 상기 돔이 일정한 온도로 유지하도록 제어하는 에어 공급수단을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 돔 온도 제어 장치 및 이를 이용한 플라즈마 식각장치는 다음과 같은 효과가 있다.

즉, 에어 쿨링 방식을 채택하여 진동을 최소로 하여 진동에 의한 폴리머가 웨이퍼 위에 떨어지는 것을 방지함으로써 웨이퍼 수율 감소를 최소로 함과 동시에 밴츄리 효과를 이용한 에어 쿨링 방식으로 최소의 에어 공급으로 최대의 쿨링 효과를 얻을 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 돔 온도 제어 장치 및 이를 이용한 플라즈마 식각장치를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 의한 돔 온도 제어 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 내부로 웨이퍼가 삽입되어 공정이 이루어지는 돔(110)과, 상기 돔(110) 상부에 구성되고, 에어를 분사하여 상기 돔(110)의 온도를 제어하는 에어 공급수단(120)을 포함하여 구성되어 있다.

여기서, 상기 에어 공급수단(120)은 에어 분사노즐(121)을 바로 돔(110) 위로 위치하지 않고 에어 플로우(air flow)가 원활히 될 수 있도록 위가 오픈(open)된 파이프(pipe)(122)를 설치한다.

상기 파이프(122) 내부에 에어 분사노즐(121)을 설치 분사구를 아래로 위치하게 하여 에어 분사노즐(121)을 통해 에어가 공급될 때 파이프(122) 윗부분에서 밴츄리 효과가 발생될 수 있도록 하여 에어 플로우를 최대로 하여 쿨링을 극대화 하게 한다.

또한, 상기 에어 분사노즐(121) 중 일측 끝단이 상기 파이프(122)의 양측면을 관통하는 부분은 분사구가 아래 방향을 향하도록 일정한 각도로 꺾어진 구조로 되어 있다. 그 이유는 상기 돔(110)이 있는 방향으로 꺾어짐으로부터 최소한 에어로 쿨링 효과를 극대화시킬 수 있다.

또한, 상기 파이프(122)의　양측 끝단은 오픈되어 있는데, 그 이유는 쿨링 효과를 극대화하기 위해서이다. 즉, 벤츄리 효과를 얻기 위하여 돔(110) 상부에 직접 에어 분사노즐(121)을 구비하지 않고 상부와 하부가 오픈된 파이프(122)를 간접적으로 이용하여 에어 분사노즐(121)로부터 에어가 분사되면 상기 파이프(122) 아래쪽에서 에어가 돔(110) 상부에 분출되게 된다.

본 발명은 종래와 같이 기계식 팬 쿨링이 아닌 에어 쿨링의 수직 강하 플로우 방식으로서, 파이프(122) 설치를 이용한 에어 분사구 적용하고, 상기 에어 분사구를 이용한 다운 스트림 에어 플로우 방식이다.

또한, 공급되는 에어 압력을 극대화 할 수 있는 벤츄리(Venturi) 효과를 적용함으로써 베르누이의 정리를 이용한 벤추리 효과 적용으로 공급 압력 효과를 극대화할 수 있고, 벤튜리 효과를 이용한 다운 스트림 에어 플로우 방식이다.

또한, 파이프(122)의 양측에 설치된 에어 분사노즐(121)을 통한 분사방식으로서, 에어 분사노즐(121)을 통한 에어 플로우 방식이고, 상기 에어 플로우를 극대화 하기 위한 벤튜리 효과를 접목한 방식이다.

따라서 본 발명의 돔 온도 제어 장치는 세라믹 돔(110)에 증착되어 있는 폴리머가 자칫 외부 진동에 의해 웨이퍼 위로 떨어질 경우 파티클로 작용될 가능성이 높기 때문에 쿨링 팬보다는 진동이 거의 없는 일반 대기를 분사하여 진동을 최소로 하여 폴리머가 웨이퍼 위에 떨어지는 파티클을 억제하여 웨이퍼 수율 저하를 방지하기 위한 것이다.

도 4는 본 발명에 의한 돔 온도 제어 장치의 동작을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 수직 강하 방식으로 분사되는 에어에 의해 돔(110)에 가해지는 진동을 최소로 하여 진동에 의한 폴리머의 낙하를 방지할 수 있고, 상기 에어의 공급 압력을 적절하게 조정하여 쿨링 효과를 극대화시킬 수 있다.

도 5는 본 발명의 돔 온도 제어 장치를 적용한 플라즈마 식각장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.

통상적으로 플라즈마 식각 장비는 공정 챔버를 구비하는데, 이 공정 챔버의 내부에는 웨이퍼를 탑재하며 하부 전극으로 기능하는 정전척(ESC: Electro Static Chuck)이 설치되고, 상기 공정 챔버의 상측에는 투명한 세라믹 돔이 설치되며, 돔의 상측에는 돔 온도 조절 유닛이 설치된다.

즉, 본 발명의 돔 온도 제어 장치를 갖는 플라즈마 식각장치는 도 5에 도시한 바와 같이, 식각 반응이 일어나는 내부 공간과 상기 내부 공간에 반도체 기판이 놓이는 전극을 포함하는 챔버(도시되지 않음), 상기 챔버의 천장을 이루는 세라믹 돔(110)의 상측에 설치되는 하우징(112)과, 상기 하우징(112)의 내부에 설치되어 공정 가스를 플라즈마화 하는 알에프 파워 코일(RF Power Coil)(114)과, 상기 알에프 파워 코일(114)의 상측으로 상기 하우징(112) 내부에 설치되는 복수의 램프(116)와, 상기 램프(116)의 상측으로 커버(118)의 내측에 설치되어 돔(110) 상부에 에어를 분사하여 상기 돔(110)이 일정한 온도로 유지하도록 제어하는 에어 공급수단(120)을 포함하여 구성된다.

이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

도 1은 일반적인 돔 DPS 장치를 나타내는 개략적인 구성도

도 2a는 종래 기술에 의한 DPS의 돔 온도 제어 장치를 개략적으로 나타낸 구성도

도 2b는 종래 기술의 문제점을 설명하기 위한 도면

도 3은 본 발명에 의한 돔 온도 제어 장치를 개략적으로 나타낸 구성도

도 4는 본 발명에 의한 돔 온도 제어 장치의 동작을 개략적으로 설명하기 위한 도면

도 5는 본 발명의 돔 온도 제어 장치를 적용한 플라즈마 식각장치를 개략적으로 나타낸 구성도

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

110 : 돔　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 120 : 에어 공급수단

121 : 에어 분사노즐　　　　　　　　　　　　　　　 122 : 파이프

Claims (6)

1. 웨이퍼가 삽입되어 공정이 진행되는 돔과, 및

   상기 돔의 상부에 구성되고 에어를 분사하여 돔의 온도를 제어하는 에어 공급수단을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 돔 온도 제어 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 에어 공급수단은 상기 돔 상부에 구성되는 파이프와, 상기 파이프 양측을 관통하여 에어를 분사하는 에어 분사노즐을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 돔 온도 제어 장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 파이프는 상하가 오픈되어 있는 것을 특징으로 하는 돔 온도 제어 장치.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 에어 분사노즐은 상기 파이프 내부로 삽입된 끝 부분이 아래로 꺾어져 있는 것을 특징으로 하는 돔 온도 제어 장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 에어를 수직 강하 플로우 방식으로 분사하는 것을 특징으로 돔 온도 제어 장치.
6. 돔의 상측에 설치되는 하우징과,

   상기 하우징의 내부에 설치되어 공정 가스를 플라즈마화 하는 알에프 파워 코일과,

   상기 알에프 파워 코일의 상측으로 상기 하우징 내부에 설치되는 복수의 램프와, 및

   상기 램프의 상측에 설치되고 돔 상부에 에어를 분사하여 상기 돔이 일정한 온도로 유지하도록 제어하는 에어 공급수단을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 플라즈마 식각장치.

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